Questo blog spiega perché il tombstoning si verifica nelle linee SMT e come ridurlo con profili, progettazione di pad, controllo della pasta e posizionamento migliori per ottenere schede più fresche.
Il Tombstoning sembra piccolo, ma può uccidere rapidamente la resa SMT. Un resistore di chip si alza come un piccolo sasso, una piazzola è saldata, l'altro lato è sospeso in aria. La scheda può passare l'AOI e poi fallire in fase di test o addirittura sul campo. Per questo parliamo in modo semplice: perché succede, quali sono le manopole che si possono girare e come fermarlo.
Nell'assemblaggio a montaggio superficiale, il tombstoning significa che un'estremità di un piccolo componente a due piastre si solleva durante la rifusione. Si verifica maggiormente sui pezzi 0603, 0402 e 0201, dove il corpo è leggero e la forza di saldatura è forte. Per un controllore di cella frigorifera o un driver di vetrina, un solo resistore aperto può già rompere l'intero sistema di raffreddamento. Il vostro bel scaffalatura posteriore in filo metallico è ancora vuoto, perché il frigorifero non si avvia mai.
La causa è semplice: la pasta saldante sulle due piazzole non si scioglie e non si bagna allo stesso modo. Uno dei due lati tira di più, il chip ruota e ora si ha un difetto.
La maggior parte del tombstoning deriva da un riscaldamento non uniforme. Un pad raggiunge prima il punto di fusione, la sua saldatura si bagna e la tensione superficiale tira su quel lato.
Se si esegue una rampa molto aggressiva, una piazzola raggiunge il target più velocemente dell'altra. Si notano più pietre tombali vicino al bordo del pannello o in prossimità di rame di grandi dimensioni. Un preriscaldamento e un'immersione più morbidi danno a entrambe le piastre il tempo di seguirsi a vicenda.
Una pratica comune a molte linee:
Non sono necessari numeri perfetti. L'idea chiave è verificare il profilo termico su un prodotto reale. Mettete le termocoppie vicino ai gruppi di chip dove vedete la pietra tombale e mettete a punto le zone o la velocità del trasportatore.
Il secondo fattore importante è lo squilibrio della pasta saldante. Se una piazzola riceve più pasta, ha più saldatura fusa e quindi tira di più quando si bagna.
Sullo stencil, entrambe le aperture per un chip dovrebbero stampare quasi lo stesso volume. La vita reale è disordinata: spatola usurata, stencil sporco, tempi di pulizia sbagliati. Tuttavia, è possibile mettere a punto il progetto:
Si può anche fare un piccolo test di linea: aperture normali contro aperture ridotte sul lato caldo, quindi confrontare la velocità della pietra tombale. Un esperimento veloce in officina, non una grande ricerca accademica.
Anche la disposizione gioca un ruolo importante. Se le piastre e il rame non sono bilanciati, si rischia il tombamento.
Trappole tipiche del layout:
Tutti questi elementi modificano il riscaldamento e la bagnatura locali. Un lato si riscalda più lentamente, ma ha più rame e più pasta, quindi quando finalmente si scioglie tira forte.
Buone abitudini:
Questa è la stessa logica con cui si progetta una struttura stabile scaffalatura posteriore in filo metallico nel nostro stabilimento di QIAOSe i piedini e i fili trasversali non sono simmetrici, il rack trema. Il PCB si comporta in modo simile in caso di stress termico.
I pacchetti molto piccoli come 0402 e 0201 sono più sensibili. La loro massa è bassa, quindi si sollevano più facilmente. I diversi fornitori possono anche avere una diversa placcatura e struttura dello stagno, che cambia la velocità di bagnatura.
È possibile:
A volte gli ingegneri danno la colpa solo al forno, ma anche il lotto dei componenti fa parte della storia.
Anche il posizionamento determina il tombstoning. Se il chip è già decentrato prima della rifusione, una terminazione si trova in una piccola isola di pasta, l'altra in una “piscina” profonda.
Controllate questi punti sul vostro pick-and-place:
Quando i ragazzi della linea di QIAO Quando si esegue il debug di una nuova scheda di controllo di un congelatore, si procede sempre a bassa velocità, con pin di supporto aggiuntivi per la scheda. Solo quando la velocità della pietra tombale è sotto controllo, iniziano a spingere per il takt time.
Anche con buone regole, il prodotto reale è complesso. Per questo sono necessari strumenti di feedback.
Pensate alla progettazione di un sistema di portacavi personalizzato: non basta saldare e spedire. Si testano il carico, la flessione e le vibrazioni, quindi si mettono a punto il calibro del filo e lo schema di saldatura. La stessa mentalità per il lavoro SMT.
| Fattore principale | Sintomo tipico in linea | Semplici idee di correzione |
|---|---|---|
| Riscaldamento non uniforme / profilo errato | Più lapide vicino al bordo o vicino al rame pesante | Spianare la rampa, aggiungere l'ammollo, regolare le temperature della zona, riprofilare il prodotto reale. |
| Volume di pasta / stencil | Una piazzola con una grande saldatura lucida, l'altro lato quasi asciutto | Bilanciare le aperture, utilizzare uno stencil più sottile, migliorare la pulizia e il controllo della pasta. |
| Asimmetria dei pad e del rame | Stesso componente sempre tombato nella stessa area del PCB | Rendere simmetriche le piazzole, aggiungere un rilievo termico, spostare o specchiare i vias. |
| Componenti e materiali | Alcuni lotti o parti di dimensioni molto piccole si guastano di più | Preferire dimensioni maggiori, qualificare i fornitori, controllare lo stoccaggio |
| Posizionamento e manipolazione | I chip appaiono obliqui prima della rifusione, più difetti quando la velocità aumenta | Correggere la scelta dell'ugello e l'altezza Z, migliorare il supporto della scheda, ridurre le vibrazioni |
Forse penserete: “Siamo nel settore delle scaffalature metalliche e dei componenti per la refrigerazione, perché parliamo così tanto di SMT?”. Nella vita reale sono legati tra loro.
Componenti della cella frigorifera, vetrina commerciale controllori, piccoli PCB nascosti vicino al rete di protezione del compressore - Tutti dipendono da una qualità SMT stabile. Se un minuscolo resistore si blocca e si apre, le luci del vostro bel cabinet si spengono, le ventole si fermano o la temperatura va fuori specifica. Gli utenti finali non si lamentano del tombstoning, ma del fatto che il cibo o le bevande sono caldi.
A QIAO vediamo entrambi i lati: costruiamo reti posteriori personalizzate, cestini per congelatori, componenti del congelatore e altre parti metalliche, e parliamo anche ogni giorno con i team di ingegneri dei clienti. Molti di loro ora chiedono direttamente ai loro partner PCB: ’Mostratemi il vostro tasso di tombatura sui piccoli passivi“. È diventato un punto dolente comune nel lancio di nuovi prodotti.
Quindi, se progettate hardware per congelatori di supermercati, refrigeratori di bevande o celle frigorifere di laboratorio, non trattate il tombstoning come un piccolo difetto estetico. È un segnale che indica che il bilanciamento delle forze nella scena SMT è sbagliato. Risolvete tempestivamente il problema termico, della pasta, dei pad, dei componenti e del posizionamento, e i vostri scaffali, rack e compressori avranno una vita molto più tranquilla in seguito.
